無線傳感器網(wǎng)絡跨層優(yōu)化協(xié)議研究.pdf

1、綜合了無線通信技術、傳感器技術、嵌入式計算技術和分布式信息處理技術的無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)成為當前國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域<'[1,2,5]>。隨著研究的深入，傳感器網(wǎng)絡獲得了快速的發(fā)展，應用越來越廣泛，針對性也越來越強，并衍生出了多種新型傳感器網(wǎng)絡體系。應用領域中出現(xiàn)的新特點和新方向，為現(xiàn)階段及未來的研究工作提出了新的挑戰(zhàn)，也促進了無線傳感器網(wǎng)絡更加全面快速的發(fā)展。在有限能量條件下降低能耗以延長

2、網(wǎng)絡生存時間是無線傳感器網(wǎng)絡面臨的首要挑戰(zhàn)。然而，面對研究領域中出現(xiàn)的新特點和新方向，如果僅滿足網(wǎng)絡的能耗需求，而不能保證系統(tǒng)運行的其它性能，整個網(wǎng)絡將不具有任何實用價值。因此，傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議設計應必須從系統(tǒng)的實用性出發(fā)，按應用進行分類，在保證系統(tǒng)性能要求的前提下，盡可能地降低網(wǎng)絡的通信能耗，提高能量效率，延長生存時間。 在無線傳感器網(wǎng)絡中，MAC層和網(wǎng)絡層協(xié)議對于系統(tǒng)的性能影響顯著。因此，可以將MAC層和網(wǎng)絡層結(jié)合起來分析，

3、從跨層設計的角度進行協(xié)議優(yōu)化。基于此，對分簇算法和功率控制這兩種可有效改善無線傳感器網(wǎng)絡性能的策略進行了細致分析。設計提出了基于分簇算法和功率控制，以降低網(wǎng)絡能耗和擴大吞吐量為目標的無線傳感器網(wǎng)絡跨層優(yōu)化協(xié)議-LSC-RPC協(xié)議。協(xié)議基于傳感器網(wǎng)絡跨層優(yōu)化策略，針對現(xiàn)有典型分簇算法理論前提條件多，無法適應動態(tài)網(wǎng)絡，不易在實際環(huán)境中實現(xiàn)的不足，提出了一種易于實現(xiàn)，能動態(tài)適應網(wǎng)絡變化，能量有效的鏈路穩(wěn)定分簇算法。同時將一種具有反作用干擾節(jié)點

4、能力，采用最優(yōu)發(fā)射功率傳送數(shù)據(jù)的功率控制機制應用在分簇算法內(nèi)。在協(xié)議中，傳感器節(jié)點根據(jù)MAC層信息判斷是否成為從節(jié)點或簇首節(jié)點。簇內(nèi)節(jié)點采用較小的發(fā)射距離進行連通，而簇間節(jié)點則采用較大的發(fā)射距離連通。節(jié)點間消息的傳遞采用最優(yōu)發(fā)射功率，引入反作用沖突節(jié)點的功率控制機制，從而在降低能耗的同時擴大網(wǎng)絡吞吐量。在每輪數(shù)據(jù)傳遞完成后，根據(jù)能量有效性參數(shù)選擇出下一輪通信中的簇首節(jié)點，以此延長網(wǎng)絡生存時間。實驗結(jié)果證明，本文中提出的算法在保證網(wǎng)絡穩(wěn)定